postgresql 流复制原理

这部分纯理论内容，结合配图和数据进程了解流复制的工作逻辑。

通过WAL完成复制的方式

PostgreSQL在数据目录下的pg_wal(旧版为pg_xlog)子目录中维护了一个WAL日志文件，该文件用于记录数据库文件的每次改变，这种日志文件机制提供了一种数据库热备份的方案，即：在把数据库使用文件系统的方式备份出来的同时也把相应的WAL日志进行备份，即使备份出来的数据块不一致，也可以重放WAL日志把备份的内容推到一致状态。这也就是基于时间点的备份（Point-in-Time Recovery），简称PITR。

把WAL日志传送到另一台服务器有两种方式，分别是：

1. WAL日志归档（base-file）
   写完一个WAL日志后，才把WAL日志文件拷贝到standby数据库中，简言之就是通过cp命令实现远程备份，这样通常备库会落后主库一个WAL日志文件。
2. 流复制（streaming replication）
   流复制是postgresql9.x之后才提供的新的传递WAL日志的方法，它的好处是只要master库一产生日志，就会马上传递到standby库，同第一种相比有更低的同步延迟，所以我们肯定也会选择流复制的方式。

postgresql wal 日志介绍

wal日志即write ahead log预写式日志，简称wal日志。wal日志可以说是PostgreSQL中十分重要的部分，相当于oracle中的redo日志。

当数据库中数据发生变更时：
change发生时：先要将变更后内容计入wal buffer中，再将变更后的数据写入data buffer；
commit发生时：wal buffer中数据刷新到磁盘；
checkpoint发生时：将所有data buffer刷新的磁盘。

如果没有wal日志，那么每次更新都会将数据刷到磁盘上，并且这个动作是随机i/o，性能可想而知。并且没有wal日志，关系型数据库中事务的ACID如何保证呢？因此wal日志重要性可想而知。其中心思想就是：先写入日志文件，再写入数据。

最简的主从配置完成后，可以观察主库和从库启动的进程。

[pg@localhost ~]$ ps -auxf|grep postgres|grep -v grep
pg       31569  0.0  0.4 396536 17048 pts/0    S    10:17   0:00 /usr/pgsql-10/bin/postgres -D /data/db2
pg       31570  0.0  0.0 251456  1952 ?        Ss   10:17   0:00  \_ postgres: logger process
pg       31571  0.0  0.0 396632  3416 ?        Ss   10:17   0:00  \_ postgres: startup process   recovering 000000010000000000000001
pg       31572  0.0  0.0 396536  3704 ?        Ss   10:17   0:00  \_ postgres: checkpointer process
pg       31573  0.0  0.0 396536  3212 ?        Ss   10:17   0:00  \_ postgres: writer process
pg       31574  0.0  0.0 251452  1988 ?        Ss   10:17   0:00  \_ postgres: stats collector process
pg        4314  0.0  0.1 403804  4236 ?        Ss   11:41   0:00  \_ postgres: wal receiver process   streaming 0/16BEDA0
pg        4304  0.0  0.4 396536 17040 pts/0    S    11:41   0:00 /usr/pgsql-10/bin/postgres -D /data/db1
pg        4305  0.0  0.0 251456  1956 ?        Ss   11:41   0:00  \_ postgres: logger process
pg        4307  0.0  0.0 396688  3688 ?        Ss   11:41   0:00  \_ postgres: checkpointer process
pg        4308  0.0  0.0 396536  3448 ?        Ss   11:41   0:00  \_ postgres: writer process
pg        4309  0.0  0.1 396536  6348 ?        Ss   11:41   0:00  \_ postgres: wal writer process
pg        4310  0.0  0.0 396944  3080 ?        Ss   11:41   0:00  \_ postgres: autovacuum launcher process
pg        4311  0.0  0.0 251588  2180 ?        Ss   11:41   0:00  \_ postgres: stats collector process
pg        4312  0.0  0.0 396828  2520 ?        Ss   11:41   0:00  \_ postgres: bgworker: logical replication launcher
pg        4315  0.0  0.0 397328  3568 ?        Ss   11:41   0:00  \_ postgres: wal sender process pg ::1(43162) streaming 0/16BEDA0

postgresql主从同步流程

主要分为以下几个流程：

1. 备库启动walreceiver进程，walreceiver进程向主库发送连接请求。
2. 主库收到连接请求后启动walsender进程，并与walreceiver进程建立tcp连接。
3. 备库walreceiver进程发送最新的wal lsn给主库。
4. 主库进行lsn对比，定期向备库发送心跳信息来确认备库可用性，并且将没有传递的wal日志进行发送，同时调用SyncRepWaitForLSN()函数来获取锁存器，并且等待备库响应，锁存器的释放时机和主备同步模式的选择有关。
5. 备库调用操作系统write()函数将wal写入缓存，然后调用操作系统fsync()函数将wal刷新到磁盘，然后进行wal回放。同时备库向主库返回ack信息，ack信息中包含write_lsn、flush_lsn、replay_lsn，这些信息会发送给主库，用以告知主库当前wal日志在备库的应用位置及状态，相关位置信息可以通过pg_stat_replication视图查看。
6. 如果启用了hot_standby_feedback参数，备库会定期向主库发送xmin信息，用以保证主库不会vacuum掉备库需要的元组信息

postgresql同步模式

Postgresql数据库提供了五种同步模式,同步模式主要由synchronous_commit参数控制。下面简单介绍一下五种同步模式的区别：

• off：对于本机wal不用写到磁盘就可以提交，是异步模式，存在数据丢失风险。
• local：不管有没有备库只需要保证本机的wal日志刷到磁盘就行。
• remote_write：等待主库日志刷新到磁盘，同时日志传递到备库的操作系统缓存中，不需要刷盘就 能提交，不能避免操作系统崩溃。
• on：如果没有备库，表示wal日志需要刷新到本地的磁盘中才能提交，如果存在同步备库时（synchronous_standby_name不为空），需要等待远程备库也刷新到磁盘主库才能提交。
• remote_apply：pg高版本才出来的功能，备库刷盘并且回放成功，事务被标记为可见，用于做负载均衡，读写分离等